教学设备

1. 实验目的
   1. 了解模拟光发送机的光源调制度概念
   2. 了解模拟信号调制和数字信号调制的区别（结合线路码型实验）
       
      2、实验原理
      光纤通信中，首先要解决的就是如何将光信号加载到光源的发射光束上，即需要进行光调制。调制后的光波经过光纤信道送至接收端，由光接收机鉴别出它的变化，再现出原来的信息，这样过程称为光解调。调制和解调是光纤通信系统的重要内容。
      对光源进行调制的方式有若干种，从光源和调制器之间关系来看，可分为以下两种。
      (1) 光源的直接调制
      直接调制是把要传送的信息转变为电流信号注入LD或LED，从而获得相应的光信号，采用的是电源调制方法，内调制方法仅适用于半导体光源（LD和LED）。内调制后的光波电场振幅的平方比例于调制信号，是一种光强度调制(IM)的方法。
      (2) 光源的间接调制
      间接调制是利用晶体的电光效应、磁光效应、声光效应等性质来实现对激光辐射的调制，这种调制方法适合于半导体激光器，也适应于其他类型的激光器。
       
      从调制信号的形式来看，光调制又分为模拟信号调制和数字信号调制。
      (1) 模拟信号的直接调制
      模拟信号调制是直接用连续的模拟信号（如话音、电视等信号）对光源进行调制，图6.1(a)就是对发光电二极管进行模拟调制原理图，图中连续的模拟信号电流叠加在直流偏置电流上，适当地选择直流偏置电流的大小，可以减小光信号的非线性失真。
      图6.1(b)所示的是一个简单的模拟信号直接调制电路。当信号从A点输入后，晶体管放大器集电极电流就跟随模拟量而变，亦即发光电二极管LED的注入电流跟随模拟信号变化，于是LED的输出光功率就跟随模拟量变化，这样实现了对光源的直接调制。从放大器工作原理上看，这个晶体管应该工作在甲类，在B点可进行监测。

             
   (a) LED模拟信号调制原理图          (b) 简单的LED模拟信号调制电路
图6.1模拟信号调制
 (2) 数字信号的直接调制
在光纤通信中，数字调制主要是指PCM编码调制。脉码调制是先将连续的模拟信号通过取样、量化和编码，转换成一组二进制脉冲代码，用矩形脉冲的有（“1”码）、无（“0”码）来表示信号。
一种简单的LED数字信号调制电路如图6.2所示，它是只有一级共发射极的晶体管调制电路，晶体管用作饱和开关，晶体管的集电极电流就是LED的注入电流。信号由A点接入。“0”码时晶体三极管不导通；“1”码时晶体三极管导通，于是注入电流注入到LED管，使得LED管发光，从而实现了数字信号调制。
         
(a)LED数字调制原理       (b)LED数字信号直接调制电路
图6.2 LED数字信号调制
图6.3所示为LD数字调制原理图以及LD的射极耦合驱动电路。V1、V2组成一个电流开关，数字电信号Vin从V1的基极输入，Vb是直流参考电压施加在V2的基极上。当信号为“0”码时，V1的基极电位高于V2的基极电位，电流源全部电流流过V1的集电极，LD接在V2上不发光，故LD不发光，相当于发“0”码。反之，当信号为“1”码时，V2基极电位高于V1基极电位时，则反过来V2导通，全部电流源电流流过V2的集电极支路，对应于发一个“1”码。
          
    (a) LD数字调制原理                 (b) LD数字信号调制电路
图6.3 LD数字信号调制
 
下面讨论模拟光发送机的光源调制度概念。如果提供一种方法补偿器件的非线性，但是高辐射强度的LED和半导体激光器式最合适的模拟应用的光源。在模拟系统中，时变模拟信号s(t)直接调制光源（直流偏置点为）。设无信号输入时，输出光功率为，则当输入信号为s(t)时，输出信号P(t)为：
                                     （公式6.1）
其中，m就是调制指数，它定义为：
                                    （公式6.2） 
公式6.2中，对于LED，有’=;对于半导体激光器，’＝ －。参数∆是电流相对于偏置点的变化。为了防止输出信号失真，调制操作必须限制在P-I特性曲线的线性部分。在模拟通信中，m典型值在0.25~0.5之间。
 
3、实验步骤
对于模拟光发送机，除了要测量其平均光发送功率、P-I曲线之外，还需要测量光源的调制度m，其测量基础是依据P-I曲线的测量。
测试框图如图6.4所示：
 

图6.4  模拟光发送调制度测试框图
 
具体测量步骤如下：（按照系统调试基础，将A通道调好）

1. 选择光发送模块A，KP102推向“模拟”，此时即选择模拟光发送机。平台加电后，通过键盘选择“正弦”信号输出，此时在TP101处应该可以测到正弦波信号。
2. 调试模拟光发送机，调电阻RP401，使得TP101的信号幅度达到最大又不失真，然后通过测试点TP103观测晶体管的输出波形（若失真调RP101）。
3. 同时观察光接收模块A处的测试点TP104(即经过接收端光电转换后的波形，此处用电的波形代替光输出波形)，直至波形发生失真为止。
    
   注意：调节可变电阻RP102和RP103，可以观察到信号波形的失真与线性，有时可以发现TP103信号的波形无失真，而接受端光电转换后却出现了略微的失真，其原因在于LED光源自身的线性和直流工作点。此外，调节这些电阻时，一定要保证三极管均工作在线性放大状态。模拟光发送机调试相对复杂，需要大家耐心调试。

DB-SD19光纤通信实验箱是我公司根据光纤通信原理、光纤光学、光通信器件与系统的相关课程新开发的教学实验仪器，是学生了解光纤通信原理、系统、器件、测试方法的理想实验仪器。该仪器紧密结合现代光纤通信的实际，充分体现光纤通信的现状与发展趋势，是学生理论结合实际的最佳选择。
光纤通信实验箱可用于通信专业、光电子专业、光学专业、电子专业、物理专业以及其它相关专业等的实验教学，让学生了解光通信原理，奠定今后继续学习与工作的基础。

一、系统特点
1、一套真正体现光纤通信原理的实验箱
2、提供一个完整的光纤通信系统原理示范性教学与实验平台
3、涉及光纤通信系统基本工作原理、器件特性测试
4、以实验者为主体的设计理念，高的性价比，丰富的实验内容
5、提供丰富的光学接口与扩展功能
6、着重于学生动手能力的培养
7、紧密联系当前光纤通信发展趋势，学用结合。
二、系统详细组成
1、采用高性能单片机89C52作为系统控制器，4×4键盘矩阵实现工作状态设置，以LCD192×64实现工作状态和参数的显示。
2、设计1310nm和1550nm光发送单元各1个，均有模拟和数字切换开关2个，可以发送模拟和数字信号。
3、设计光接收单元2个，各有模拟和数字切换开关1个，同时有功能切换开关和跳线器等可以接收模拟和数字信号。
4、设计2个电话接口，有模拟和数字切换开关，实现语音电话光纤传输。
5、有2路RS232电平转换电路和RS232标准接口，实现计算机和MODEM间的数据传输。
6、设计一个1×2单模光分路器，可以实现光信号的1输入2输出。
7、采用CPLD器件EPM7128和串行数模转换器TLC5620，以及模拟开关设计多种模拟信号产生电路，有三角波、正弦波和锯齿波。
8、以24.576MHZ有源时钟用CPLD器件EPM7064实现时钟分频，产生多路数字信号，有方波、CMI、2M伪随机码系列。
9、采用CPLD器件EPM7128设计误码检测电路，实现误码检测和产生HDB3码。
10、有锁相环电路单元，用来实现与其它信号相位同步。
11、设计有2M输入/输出接口电路。
12、系统板电源模块:输入交流220V/50HZ，输出±12V/1A、±5V/1A。
13、机箱：坚固型铝合金框架，厚实的 ABS 塑料包角，参考外形尺寸 480×360×120mm。
三、实验内容
1、光纤跳线的识别实验（多模，单模）   
2、光纤的几何光学特性：纤芯、包层、涂覆层结构的观察 
3、光纤损耗测试
4、模式滤除实验
5、光源的P-I特性曲线测试 
6、模拟光发送机的调制度 
7、数字光发送机的平均光功率
8、数字光发送机的消光比
9、光线路码实验
10、数字光接收机的时钟 
11、光接收机灵敏度测试 
12、动态范围测试 
13、模拟光接收机的非线性失真实验  
14、接收机的暗电流测试  
15、光纤连接器的型号识别和使用注意事项
16、光纤适配器型号识别和使用注意事项
17、光纤连接器的活动连接实验
18、光纤连接器的插损测试、回损测试
19、光源与光纤耦合方法实验 
20、光纤分束器件特性与参数测试实验
21、光耦合器实验
22、WDM器件的串扰、隔离度、中心波长、带宽实验；
23、WDM器件的合波分波实验
24、光衰减器衰减特性
25、模拟话音光传输实验
26、模拟话音PCM光纤传输
27、计算机数据光纤传输
28、2M数字光传输实验
29、图像光纤传输实验
30、点到多点的光纤通信实验
31、波分复用光纤传输
四、实验箱配置

序号	设备名称	型 号	备 注
1	光纤通信实验箱	DB-SD19	每组一台
出厂 附件	DB-SD19实验指导书	1本
	电源线1.5m	1根
	2号实验导线	10根
	保修卡、合格证	1套
以下是外配部件（价格另行计算）
1	20MHz双踪示波器	1台
2	摄像头	1个
3	5寸监视器	1台
4	波分复用器	1个
5	SC/SC适配器	1只
6	ST/ST适配器	1只
7	FC/PC-SC/PC跳线	1根
8	FC/PC-ST/PC跳线	1根
9	FC/PC-ST/PC跳线	1只
10	1310/1550光开关	1只
11	可调光衰减器	1只
12	ET2000误码仪	1台
13	GNS-OPM/A光功率计	1台
14	电话机	2部

附：使用本实验箱需配套仪器仪表：万用表和示波器